ماژول اولتراسونیک چیست؟

گاهی اوقات در ساخت سیستم‌های الکترونیکی رباتیک، نیاز به وسیله‌ای داریم که فاصله را برای ما بسنجد. قطعا استفاده از خط‌کش ومتر در این پروژه‌ها به کار ما نمی‌آید بلکه باید راه دیگری برای آن پیدا کنیم. ماژول‌های التراسونیک، راه حل این مشکل هستند. در این مقاله از جم ترونیک به صورت گام به گام می‌آموزید که یک سنسور آلتراسونیک چیست، چطور کار می‌کند و مدل‌های پرطرفدار آن چه هستند

اولتراسونیک چیست؟

صداهایی که ما می‌شنویم، امواجی مکانیکی هستند که فرکانس آن‌ها بین ۲۰ هرتز تا ۲۰ هزار هرتز است. امواج مکانیکی‌ای که سرعت ارتعاش آن‌ها بیش از این باشد «فراصوت» یا «مافوق‌صوت» و در اصطلاح صنعتی «اولتراسونیک» خوانده می‌شود. از آنجایی که فرکانس این امواج فراصوت در محدود شنوایی ما نیست، نمی‌توانیم آن‌ها را به‌خوبی بشنویم (شاید به‌صورت سوت و صداهای آزاردهنده یا لرزش‌هایی آن‌ها را تشخیص دهیم). اما این امواج کاربردهای گسترده‌ای دارند از جمله این که می‌توان از آن‌ها در تشخیص فاصله اجسام استفاده کرد. همچنین از این ارتعاش‌ها می‌توان برای گرم‌کردن موضعی یک قطعه استفاده کرد و یا با این لرزش‌های بسیار سریع، قطعات را تمیز کرد. از این قابلیت امواج التراسونیک به طور گسترده‌ای در صنایع مختلف از پتروشیمی و خودروسازی گرفته تا صنعت و پوشاک و تهیه لوازم بهداشتی و حتی پاک‌سازی قطعات خودرو استفاده می‌شود. حالا وقت آن رسیده است تا نگاهی کلی به دو گروه از این دستگاه‌ها بیندازیم.

برای تهیه انواع ماژول اولتراسونیک روی خرید ماژول التراسونیک کلیک کنید.

ماژول اولتراسونیک چیست؟

 نحوه کار این سنسورها بر اساس اصول اولیه اکو شدن صدا است. همان سیستمی که خفاش‌ها دارند و از آن برای یافتن طعمه خود استفاده می‌کنند. ازآنجایی‌که سرعت صوت در هوا در دمای اتاق 343 متر بر ثانیه است، این زمان را می‌توان به‌راحتی به مسافت تبدیل کرد. سنسورهای التراسونیک با استفاده از همین فرایند، مدت زمانی را که طول می‌کشد تا صدا از یک شیء خارج شود، اندازه می‌گیرند.

صدا وقتی از سنسور ارسال می‌شود به جسم روبرو برخورد می‌کند و دوباره به سنسور بر می‌گردد؛ بنابراین از فرمول زیر می‌توان برای محاسبه مسافت با استفاده از مدت‌زمان رفت‌وبرگشت صدای ارسال شده استفاده کرد.

d=(t*343)/2

سنسورهای اولتراسونیک صدایی در فرکانس معمولاً بین 23 کیلوهرتز و 40 کیلوهرتز را منتشر می‌کنند.

ماژول اولتراسونیک چطور کار می‌کند؟

یک حسگر اولتراسونیک به دو بخش نیاز دارد، فرستنده و گیرنده. در استانداردترین پیکربندی، فرستنده و گیرنده تاحدامکان در کنار هم قرار می‌گیرند. با نزدیک‌شدن گیرنده به فرستنده، صدا در خط مستقیم‌تری از فرستنده به جسم شناسایی شده و به گیرنده برمی‌گردد و درصد خطای کمتری در اندازه‌گیری ایجاد می‌کند.

امواج صوتی که از فرستنده ارسال می‌شوند بیشتر شبیه نوری هستند که از چراغ‌قوه بیرون می‌آیند تا بنابراین پخش و زاویه پرتو باید در نظر گرفته شود. همان‌طور که امواج صوتی از فرستنده دورتر می‌شوند، ناحیه تشخیص به‌صورت جانبی و عمودی رشد می‌کند. این ناحیه در حال تغییر به همین دلیل است که سنسورهای اولتراسونیک مشخصات پوشش خود را در عرض یا زاویه پرتو به‌جای ناحیه تشخیص استاندارد ارائه می‌دهند.

همچنین برای خرید آی سی آمپلی فایر از جم ترونیک کلیک کنید.

حسگر اولتراسونیک در چه جاهایی کاربرد دارد؟

• استفاده از سنسور التراسونیک در سیستم دزدگیر ماشین به گونه این که کاربرد سنسور فراصوتی را در دزدگیر اتومبیل به‌عنوان یک سیستم هشداردهنده دیده‌اید
• ثبت دقیق‌ترین زمان ممکنه در ورزش دومیدانی با استفاده از سنسور التراسونیک صورت می‌گیرد.
• استفاده از سنسور التراسونیک در باک هواپیما برای فهمیدن مقدار سوخت
• استفاده از سنسور التراسونیک در کنترل دور ماشین‌های صنعتی (استفاده در صنعت)
• سنسور التراسونیک در علم هواشناسی جدید کاربردهای فراوانی دارد
• سنجش میزان فاصله و عمق یکی از کاربردهای بسیار مهم این سنسور است
• در علم پزشکی تعیین فشارخون با استفاده از این سنسورها میسر است
• یک‌دست و همگن کردن مواد مذاب
• ایجاد ضربه در دریل‌ها
• تست کیفی قطعات صنعتی جهت تشخیص شکاف‌ها و سوراخ‌های ریز و …

برخی از کاربردهای این سنسور را در شکل زیر مشاهده می‌کنید:

نقاط قوت حسگرهای التراسونیک

• عدم تغییر در عملکرد برای اشیا یا شفاف یا کدر 
• دامنه اندازه‌گیری کاملاً منعطف (قادر به تشخیص چند سانتی‌متر تا تقریباً پنج متر)
• اندازه‌گیری‌های نسبتاً دقیقی را معمولاً در حدود 1% خطا
• آنها می‌توانند اندازه‌گیری‌های زیادی را در 1 ثانیه انجام دهند و نرخ تازه‌سازی سریع را به همراه داشته باشند.
• بسیار ارزان
• مقاوم در برابر محیط‌های پرسروصدا و همچنین اکثر نویزهای صوتی

نقاط ضعف حسگرهای التراسونیک

• تغییر یافتن عملکرد در اثر شرایط محیطی (دما، رطوبت، گردوغبار نشسته بر آن، یخ‌زدگی)
• بزرگ بودن آن‌ها برای پروژه‌های بسیار کوچک
• عدم کارکردن در خلأ (به دلیل وابستگی به امواج صدا)

ماژول اولتراسونیک سنجش مسافت HC-SR04

یک ماژول ایده‌آل برای پروژه‌های رباتیک است که در فرکانس ۴۰ کیلوهرتز کار می‌کند و با کمک آن می‌تواند فاصله‌های ۲ سانتی‌متر تا ۴۰۰ سانتی متر (۴ متر یا ۱۳ فوت) را تشخیص داد. این سنسور دو مدل دارد که یکی از آن‌ها زیر آب نیز قابل استفاده است.

در این ماژول‌ها سنجش مسافت، فرستنده اولتراسونیک و حسگر بر روی یک برد قرار داده شده و مدار الکترونیکی واسط کار را برای استفاده از این ماژول بسیار ساده می‌نماید. به‌طورکلی این ماژول با همه میکروکنترلرها سازگار می‌باشد.

جمع‌بندی

این سنسور نیز همانند سنسورهای دیگر می‌تواند در کاربردهایی که مرسوم نیست استفاده شود. باید ببینید چه نیازهایی داریم و این سنسور کدام یک از آن‌ها را برای ما برطرف می‌کند. برای مثال در یک کاربرد بزرگی همچون فاصله سنجی از سنسورهای متعدد دیگری همچون سنسور IR می‌توان استفاده کرد. اما میزان دقت این دو سنسور، اندازه، نحوه قرارگیری، کاربری بر اساس شرایط محیطی متفاوت است. 

در این مقاله سعی کردیم به معرفی ماژول آلتراسونیک و کاربردهای آن بپردازیم. بدیهی است که شرح تمام مشخصات این ماژول‌ها در یک مقاله نمی‌گنجد. پیشنهاد می‌کنیم برای اطلاعات بیشتر سایر مقاله‌های مرتبط در مجله جم ترونیک را مطالعه کنید و اگر سوالی داشتید، زیر همین پست از ما بپرسید.

شما می توانید برای تهیه و خرید قطعات الکترونیکی از وب سایت جم ترونیک دیدن کنید.